自動化鏈軌節鍛造生產線

文／吳岳嶺，張敏，周琦，惠燕先·山推工程機械股份有限公司

自動化鏈軌節鍛造生產線

文／吳岳嶺，張敏，周琦，惠燕先·山推工程機械股份有限公司

目前熱模鍛行業人力資源嚴重匱乏，人工成本逐年上漲，自動化是解決此問題的最佳途徑。自動化能夠減少對人工的依賴，避免過程中的人為因素，產品質量也穩定、可靠，生產效率得到提升。本文從生產工藝、設備組成、功能特點等方面，對一條自動化鏈軌節鍛造生產線進行了詳細介紹。

鏈軌節是推土機、挖掘機等工程機械履帶中的重要零部件，市場需求量很大。鏈軌節工作環境惡劣，其受力復雜，在工況中需要承受很大的隨機交變載荷，是履帶式工程機械行走系統最易失效的部件之一，鏈軌節的質量直接影響了履帶總成的使用壽命。鏈軌節采用模鍛工藝生產，傳統的工藝流程為：剪切下料→中頻感應加熱→空氣錘制坯→摩擦壓力機或電動螺旋壓力機鍛造→曲柄壓力機切邊、沖孔、校正→調質熱處理。其存在以下缺點：⑴所需的設備及操作人員多。該工藝工序多，采用的設備多，且主要工序全部為手工操作，自動化程度低，一條鏈軌節生產線就需要10～15人；⑵生產效率相對低。手工操作及較多的工序降低了生產效率，在不考慮設備故障及調試模具工裝的情況下，產量約為300件/小時；⑶鍛件質量不穩定。手工操作對人員的技能要求高，鍛件一致性差。在多臺設備間的周轉容易造成鍛件表面的磕碰傷，且鍛造溫度不易控制，影響鍛件質量；⑷加熱爐及鍛造設備的能耗高。

隨著國內工程機械市場的發展，競爭愈加激烈，對產品的質量及成本要求也越來越高。而目前熱模鍛行業人力資源嚴重匱乏，人工成本逐年上漲，為解決此問題，自動化是最佳途徑。自動化減少了對人工的依賴，避免了過程中的人為因素，產品質量也穩定、可靠，生產效率得到提升。在此形勢下，傳統的鍛造生產設備及生產工藝亟待升級，我公司的自動化鏈軌節鍛造生產線及相適應的鏈軌節鍛造生產工藝，在國內鍛造自動化發展方面具有一定的代表意義。

鏈軌節鍛造生產工藝

基于不同的鍛造生產線，有不同的鍛造生產工藝。相較于傳統的鍛造設備，多工位的熱模鍛壓力機更易實現自動化。我公司引進的米勒萬家頓公司生產的曲柄鍛造壓力機，能夠安裝五個工位的成套模具，并且能夠在同一次行程中完成多個工位的成形，我們基于此設備，以某一190mm節距的鏈軌節鍛件（圖1）為例，設計了如下鍛造工藝：剪切下料→自動化上料→中頻感應加熱→料溫自動分選→熱模鍛壓力機上壓扁、預鍛、終鍛、沖孔切邊校正復合→工件溫度自動分選→余熱淬火、回火。

圖1 190mm節距鏈軌節簡圖

自動化鏈軌節鍛造生產線

自動化鏈軌節鍛造生產線生產節拍為4～5s/件，連續運行時每小時產量可達700余件，主要生產190mm～203mm節距的多種鏈軌節鍛件產品。主機型號為PK3150熱模鍛壓力機，最大負載3150噸，其機架和驅動系統專為高負載和精密生產而設計，特別適合大批量鍛件的自動化生產。整條生產線配置了自動上料裝置、脫模劑自動噴霧系統、工件控溫輸送系統、快速換模系統等，能夠實現工件從上料到產品的自動化生產。正常生產時，整條生產線僅需要三名操作人員，主要負責加熱爐和主機面板的控制，生產線異常處理和全線巡視。

自動化鏈軌節鍛造生產線的整體長度約為80.2m，寬度約12.5m，分別由上料裝置、中頻加熱爐、料溫分選裝置、熱模鍛壓力機、鍛件輸送鏈、余熱淬火裝置、回火爐組成，各部分之間均通過滑道或傳送鏈連接，其設備組成、功能及特點分別介紹如下。

自動上料系統

近年來，在鍛造生產中，采用感應加熱的廠家越來越多，但感應加熱的上下料卻大都需要人工完成，一般需要1～2名操作人員。人工上料增加了用工成本，同時人為因素不可避免的會影響生產效率。自動上料系統的采用可以消除此影響，更好的發揮感應加熱的優勢。

自動化鏈軌節鍛造生產線的上料系統由翻轉加料斗、振動提升上料機、水平輸送機和壓輥推料機構組成，如圖2所示。

圖2 自動上料系統

生產開始前，操作人員將裝滿棒料的料筐放置在翻轉加料斗中，油缸推動料斗翻轉，將棒料倒入振動提升上料機的振動斗內，振動斗每隔一段時間，通過振動將棒料送入提升上料機的提升鏈底部，通過提升鏈將棒料有序送入水平輸送機的軌道中，棒料通過傳送鏈送至壓輥推料機構處，操作人員可在加熱系統控制面板上調整進料速度，控制壓輥轉速，從而調整生產節拍。當壓輥處無棒料通過時，控制系統會發出缺料報警信號，通知操作人員加料。正常生產時，一般半小時需加一料筐棒料。

棒料加熱及料溫分選

中頻加熱爐額定功率為3000kW，實際生產中根據產品型號及生產節拍的不同，通過調整輸出功率百分比的數值，控制棒料加熱溫度。中頻加熱爐感應加熱線圈入口處與上料系統的壓輥推料機構銜接，從而控制整條生產線的生產節拍。同時在中頻加熱爐感應加熱線圈的中部及出口處，各有一個壓輥推料機構，其中出口處的推料速度為最大，略高于中部壓輥的推料速度，入口處的推料速度最小，此種設計可以保證棒料輸送順暢。

中頻加熱爐感應線圈出口處，裝有料溫自動分選裝置，由紅外測溫儀、三路棒料分選裝置和出料滑道組成，出料滑道包括正常滑道、欠溫滑道和過燒滑道，如圖3所示。操作人員可在加熱系統控制面板上對棒料溫度的上下限進行設定，紅外測溫儀收集溫度信息反饋至控制系統，控制系統控制分選裝置，將低于下限溫度的棒料送入欠溫滑道，高于上限溫度的棒料送入過燒滑道，正常溫度的棒料通過正常滑道進入下一工位。料溫自動分選裝置能夠嚴格控制棒料溫度，保證鍛件質量和生產的順利進行。

圖3 加熱爐及料溫分選裝置

熱模鍛壓力機鍛造

熱模鍛壓力機具有生產效率高、打擊速度快、模具熱接觸時間短、模具使用壽命長等優點，適用于大批量生產的自動化鍛造流水線。本生產線配置的PK3150熱模鍛壓力機（圖4）采用雙驅動機構，能夠進一步減少悶模時間，降低模具磨損，延長模具冷卻和零件傳送時間，從而提高生產率，最高行程次數可達 60次 /min。

圖4 PK3150熱模鍛壓力機

整個鍛造系統由換模板、脫模劑自動噴霧系統、步進梁傳送系統及主機組成。毛坯經由一工位壓扁、二工位預鍛、三工位終鍛、四工位沖孔切邊校正后成形。

生產開始時，操作人員啟動主機，控制系統檢測各信號正常后，壓力機開始行程，步進梁系統與噴霧系統開始機械動作。加熱至鍛造溫度的棒料，由正常滑道劃入機械手抓取位置，接近開關檢測到信號后，機械手將棒料抓取至旋轉臺上，后由步進梁上的夾爪順序移動至各工位。步進梁內裝有接近開關，會在工件抓取時向控制系統傳輸信號。自動噴霧系統跟隨此信號對相應的工位進行噴霧，操作人員可根據生產情況對噴霧量進行調節。當棒料長度超差或工件抓取出現異常時，控制系統發出故障報警，設備暫停，由操作人員進行處理。壓力機能準確顯示各工位的鍛造負載，并具有過載保護系統。正常生產時，鍛件質量基本不受操作人員技能水平的影響，保證了產品質量的穩定性。

生產線還配有快速換模系統，由換模小車、導軌、換模板架組成（圖5）。壓力機配有兩副換模板，一副在壓力機上進行鍛造生產時，另一副可在模具車間完成模具裝配。當生產需要時，可在20min內完成換模板的更換。通過應用快速換模技術，可以將大量內部換模作業轉換為外部作業，從而縮短設備停機時間，提高生產效率，這對于實現鍛造自動化有重要意義。

圖5 快速換模系統

余熱淬火、回火

余熱淬火工藝已廣泛應用于鏈軌節等履帶部件產品上。余熱淬火工藝能夠省去一次淬火加熱工序，經余熱淬火處理的鍛件不僅具有優良的綜合力學性能，而且成本降低，生產效率提高。

圖6所示為余熱淬火回火線。鏈軌節鍛造完成后，通過步進梁移動至主傳送鏈上。熱鍛件經過主傳送鏈上的接近開關后，被分配至兩條并行的分傳送鏈上。每個分傳送鏈上均設置了兩個由接近開關控制的擋板，用來調整鍛件擺放的方向。

分傳送鏈末端裝有鍛件溫度自動分選裝置，經紅外測溫儀測量后，溫度符合要求的鍛件進入余熱淬火機床，其他鍛件被推入一側的料筐內，進入調質工序。鍛件經余熱淬火后，通過提升鏈進入清洗池清洗，再由布料機送入回火爐進行回火。

圖6 余熱淬火回火線

結束語

自動化鏈軌節鍛造生產線實現了鏈軌節鍛件從上料到熱處理的自動化生產，最高班產量可達5000余件。現場操作人員數量由普通生產線的十余人減少到三人，其主要職責由體力勞動轉變為生產線的控制和維護。生產過程的自動化消除了人為因素對生產效率及產品質量的影響，提高了產品的穩定性和一致性。但同時，企業應注重建設一支高素質的自動化設備保養維護團隊，保障自動化裝備穩定運行，提高設備綜合利用率。